使用场求解器避免GIGO

为了避免任何现场求解器的“垃圾输入，垃圾输出”(GIGO)，首先你需要了解PCB制造过程的细微差别，以及如何解释制造商的数据表。但最重要的是，您需要了解该工具的用户界面及其要求。

所有2D或3D场求解器将给出准确的阻抗预测。区别在于底层使用的求解器类型和用户界面的复杂性。简单的2D场求解器，在当今的许多堆叠计划中使用，只是根据材料特性和轨迹几何给出预测的特征阻抗。更复杂的2.5D或3D场求解器，允许额外的材料参数，还可以预测插入损耗、相位延迟和阻抗随频率变化。有些甚至会导出RLGC和试金石s参数文件，用于进一步的信号完整性分析。

标准pcb是用芯和预浸料制造的。预浸片材是由玻璃纤维(玻璃)布和树脂部分固化而成的混合物。芯是简单地固化的预浸板与铜粘合到层压板的一面或两面。铜箔的每一面都被蚀刻掉，留下电路图案。

在多层PCB中，芯和预浸料片交替对称地堆叠在铺层中间的上方和下方，然后在加热和压力下进行压制。预浸料层变薄时，按允许树脂填补之间的空隙铜特征被蚀刻在核心。

准确阻抗建模的一个重要参数是介电常数(Dk)。最好的来源是从层压板供应商的数据表。但是所有的层压板供应商的数据表都不一样。^3.

“营销”数据表是数据表很容易在层压板供应商的网站上找到。它们是为了快速比较电介质性能，以缩小您的应用程序搜索正确的层压板。它们主要包括热性能和机械性能，这对于材料的物理结构以及在加工过程中它将如何与其他材料性能进行堆叠非常重要。

市场数据表通常只报告2或3个频率点50%树脂含量的典型Dk值。根据玻璃风格，树脂含量和厚度，Dk和耗散因子(Df)，不同的芯和相同的层压化学预浸料厚度将是不同的。最后，它们不能代表设计实际堆叠或进行阻抗和损失建模所需的内容。使用这些数字几乎总是会导致不准确的阻抗和信号完整性(SI)结果。

相反，您需要使用PCB制造商用于堆叠的相同的Dk/Df构造表数据表。Dk/Df结构表提供了不同频率、不同玻璃风格的实际芯材和预浸料厚度、树脂含量和Dk/Df。根据堆叠的不同，通常需要不同厚度的组合来满足阻抗要求，并具有不同的Dk值。

许多工程师认为Dk是材料的固有属性。但实际上，它是通过特定的行业标准测试方法测量的有效Dk (Dkeff)。它不保证值直接对应于设计应用程序。当与设计应用的测量结果进行比较时，由于表面粗糙度引起的相位延迟增加，Dkeff经常存在差异。¹

Dkeff高度依赖于测试设备和测量条件。一种流行的测试方法，IPC-TM-650 2.5.5.5C夹紧带状线谐振器测试方法，确保了产品在制造过程中的一致性。由于这种测试方法的性质，被测材料没有物理结合在一起，空气被困在各个层之间。这些小的气隙是由:夹具中铜箔板的粗糙度，从测试样品中去除的铜箔在表面留下的粗糙度轮廓印，以及谐振元件图案卡上去除的铜引起的。空气滞留导致的Dkeff比实际测量的要低，因为在真正的PCB中，所有的东西都粘在一起，没有空气滞留。^3.

所有玻璃编织增强层合板都是各向异性的，这意味着相对于玻璃编织的电子场方向，根据测试方法的不同而不同。IPC-TM-650 2.5.5.5C等试验产生的电场横向于玻璃织物，测量的Dkeff平面外。

TM-650-2.5.5.13分体柱腔谐振器产生的电场平行于这种方法测量的玻璃编织Dkeff平面内。平面内测量的Dkeff通常高于平面外测量，这取决于堆叠中使用的玻璃树脂混合物。

另一个差异的来源是由于预浸料的压制厚度而没有考虑Dkeff的增加。由于预浸片材在厚度上有一定比例的树脂含量，压制后树脂含量降低，Dk是树脂和玻璃混合物的函数，压制后玻璃的比例较高，Dkeff略高。

最常见的PCB走线几何形状是微带和带线。简单的微带几何结构是参考平面上的裸铜迹线，由电介质高度H隔开，如图所示图1。根据堆叠的不同，外层和参考平面之间可能存在一个核和预浸料层，Dk1和Dk2的Dk值相同或不同。

简单的带状几何在两个参考平面之间有铜迹。对于单端(SE)信号，在场求解器中只使用一条迹线来计算SE阻抗。对于微分对，有两条用空格隔开的迹线。因为树脂填补了Dk铜之间的空隙_树脂将低于Dk1或Dk2，如图1。

最后要注意的是，痕迹较宽的一侧总是面向核心材料。在使用任何场求解器时，都要记住这一点。如果你把它颠倒过来，就会导致不准确的结果。

铜迹线厚度是准确预测阻抗的重要参数。铜的厚度通常以每平方英尺盎司为单位。最常见的内层痕迹厚度是½盎司和1盎司箔。但是现场求解者需要一个实际的厚度尺寸。

大多数设计师分别假设0.7 mils (18 μm)厚度和1.4 mils (36 μm)厚度为1 / 2和1 oz。但由于铜的价格，你从箔制造商那里得到的铜可能是IPC-4562A规定的最低厚度。当你在制造后考虑典型厚度时，典型厚度可以是0.6 mils (15 μm)和1.2 mils (30 μm)。但在IPC-A-600G-3.2.4中，对于1 / 2 oz和1 oz，允许的最小厚度分别为0.45 mils (11.4 μm)和0.98 mils (24.9 μm)。

由于蚀刻过程的性质，痕迹通常是梯形的形状。这被称为蚀刻因子(EF)，由IPC-A-600G定义。它是厚度(t)与W1和W2之间差值的一半之比，如图1所示。

因此,一些字段求解器将以不同的方式定义EF，因此了解如何正确地指定它是很重要的。

一旦你提出了一个建议的堆栈，下一步就是做一些阻抗建模。通常情况下，你的工厂会提出这样的建议，但验证他们的建议是一个好主意，以确保你与他们同步。

要做的第一件事是确定用于建模的层。接下来，使用你的场求解器来建模特性阻抗。由于所有的字段解算器都是不同的，而且用户界面可能令人困惑，因此请确保您了解工具的细微差别。

接下来要做的是识别堆栈中的核心层，并为电介质输入H1和Dk1。然后，输入预浸料H2和Dk2的压下厚度，而不是Dk/Df结构表中的厚度。但是要注意场求解器是如何定义H2的。大多数现场求解器将其定义为如图1所示，但一些求解器，如Polar Si9000e，将H2定义为预浸料厚度加上痕量厚度(H2+t)，如图所示图2。通常情况下，你可以从你的板车间堆叠图中相信压制厚度。

最后，如果你的场求解器允许它，填写Dk_树脂如果你知道的话。它会小于Dk2。由于这个数字通常很难获得，因此可以粗略估计Dk/Df结构表中发现的树脂含量最高的预浸料的最低Dk值。一旦一切都设置好了，优化线宽和空间，直到达到所需的特性阻抗。

最后一点要记住的是，所有二维场求解器只计算无损特性阻抗。但是，当我们用时域反射计(TDR)测量阻抗测试耦合器时，我们是在测量有损耗传输线沿其长度的每一点的瞬时阻抗。通常情况下，阻抗与预测的不同。

二维场求解器没有导体电阻率、介质损耗或导体长度的输入。电阻损耗通常导致阻抗曲线缓慢单调地上升。IPC-TM-650规定了30%至70%之间的测量区域，大多数PCB晶圆厂将测量平均阻抗。

在图2所示的示例中，对于低损耗电介质，根据测量位置的不同，有4到5欧姆的差异。对于有耗传输线模型，当所有输入参数都正确包含时，可以看到有很好的相关性。

虽然个别参数的微小差异可能会产生二级影响，但它们加起来可能会导致测量的相关性较差。但是，如果您考虑本文中讨论的所有细微差别，您可以得到如图2所示的相当好的准确性。